C++ 如果类声明中未定义函数，则会导致性能损失

我有一个高性能代码，其中包括在本文底部找到的类。我的问题是，当我没有在类声明中定义ADVECU函数时，而是将声明和实现分开（我更喜欢），在英特尔C++和CLAN编译器中，我损失了相当多的性能。然而，我不明白为什么。当我删除模板时，在所有编译器上，这两种方法的性能都是相同的

template<bool dim3>
struct Advec4Kernel
{
  static void advecu(double * restrict ut, double * restrict u, double * restrict v, double * restrict w, double * restrict dzi4, const Grid &grid)
  {
    int    ijk,kstart,kend;
    int    ii1,ii2,ii3,jj1,jj2,jj3,kk1,kk2,kk3;
    double dxi,dyi;

    ii1 = 1;
    ii2 = 2;
    ii3 = 3;
    jj1 = 1*grid.icells;
    jj2 = 2*grid.icells;
    jj3 = 3*grid.icells;
    kk1 = 1*grid.ijcells;
    kk2 = 2*grid.ijcells;
    kk3 = 3*grid.ijcells;

    kstart = grid.kstart;
    kend   = grid.kend;

    dxi = 1./grid.dx;
    dyi = 1./grid.dy;

    for(int k=grid.kstart; k<grid.kend; k++)
      for(int j=grid.jstart; j<grid.jend; j++)
        for(int i=grid.istart; i<grid.iend; i++)
        {
          ijk = i + j*jj1 + k*kk1;
          ut[ijk] -= ( cg0*((ci0*u[ijk-ii3] + ci1*u[ijk-ii2] + ci2*u[ijk-ii1] + ci3*u[ijk    ]) * (ci0*u[ijk-ii3] + ci1*u[ijk-ii2] + ci2*u[ijk-ii1] + ci3*u[ijk    ]))
                     + cg1*((ci0*u[ijk-ii2] + ci1*u[ijk-ii1] + ci2*u[ijk    ] + ci3*u[ijk+ii1]) * (ci0*u[ijk-ii2] + ci1*u[ijk-ii1] + ci2*u[ijk    ] + ci3*u[ijk+ii1]))
                     + cg2*((ci0*u[ijk-ii1] + ci1*u[ijk    ] + ci2*u[ijk+ii1] + ci3*u[ijk+ii2]) * (ci0*u[ijk-ii1] + ci1*u[ijk    ] + ci2*u[ijk+ii1] + ci3*u[ijk+ii2]))
                     + cg3*((ci0*u[ijk    ] + ci1*u[ijk+ii1] + ci2*u[ijk+ii2] + ci3*u[ijk+ii3]) * (ci0*u[ijk    ] + ci1*u[ijk+ii1] + ci2*u[ijk+ii2] + ci3*u[ijk+ii3])) ) * cgi*dxi;

          if(dim3)
          {
            ut[ijk] -= ( cg0*((ci0*v[ijk-ii2-jj1] + ci1*v[ijk-ii1-jj1] + ci2*v[ijk-jj1] + ci3*v[ijk+ii1-jj1]) * (ci0*u[ijk-jj3] + ci1*u[ijk-jj2] + ci2*u[ijk-jj1] + ci3*u[ijk    ]))
                       + cg1*((ci0*v[ijk-ii2    ] + ci1*v[ijk-ii1    ] + ci2*v[ijk    ] + ci3*v[ijk+ii1    ]) * (ci0*u[ijk-jj2] + ci1*u[ijk-jj1] + ci2*u[ijk    ] + ci3*u[ijk+jj1]))
                       + cg2*((ci0*v[ijk-ii2+jj1] + ci1*v[ijk-ii1+jj1] + ci2*v[ijk+jj1] + ci3*v[ijk+ii1+jj1]) * (ci0*u[ijk-jj1] + ci1*u[ijk    ] + ci2*u[ijk+jj1] + ci3*u[ijk+jj2]))
                       + cg3*((ci0*v[ijk-ii2+jj2] + ci1*v[ijk-ii1+jj2] + ci2*v[ijk+jj2] + ci3*v[ijk+ii1+jj2]) * (ci0*u[ijk    ] + ci1*u[ijk+jj1] + ci2*u[ijk+jj2] + ci3*u[ijk+jj3])) ) * cgi*dyi;
          }

          ut[ijk] -= ( cg0*((ci0*w[ijk-ii2-kk1] + ci1*w[ijk-ii1-kk1] + ci2*w[ijk-kk1] + ci3*w[ijk+ii1-kk1]) * (ci0*u[ijk-kk3] + ci1*u[ijk-kk2] + ci2*u[ijk-kk1] + ci3*u[ijk    ]))
                     + cg1*((ci0*w[ijk-ii2    ] + ci1*w[ijk-ii1    ] + ci2*w[ijk    ] + ci3*w[ijk+ii1    ]) * (ci0*u[ijk-kk2] + ci1*u[ijk-kk1] + ci2*u[ijk    ] + ci3*u[ijk+kk1]))
                     + cg2*((ci0*w[ijk-ii2+kk1] + ci1*w[ijk-ii1+kk1] + ci2*w[ijk+kk1] + ci3*w[ijk+ii1+kk1]) * (ci0*u[ijk-kk1] + ci1*u[ijk    ] + ci2*u[ijk+kk1] + ci3*u[ijk+kk2]))
                     + cg3*((ci0*w[ijk-ii2+kk2] + ci1*w[ijk-ii1+kk2] + ci2*w[ijk+kk2] + ci3*w[ijk+ii1+kk2]) * (ci0*u[ijk    ] + ci1*u[ijk+kk1] + ci2*u[ijk+kk2] + ci3*u[ijk+kk3])) )
                     * dzi4[k];
        }
  }
};

模板
结构Advec4Kernel
{
静态无效advecu（双*限制ut、双*限制u、双*限制v、双*限制w、双*限制dzi4、常数网格和网格）
{
int ijk、kstart、kend；
国际ii1，ii2，ii3，jj1，jj2，jj3，kk1，kk2，kk3；
双dxi，dyi；
ii1=1；
ii2=2；
ii3=3；
jj1=1*grid.icells；
jj2=2*grid.icells；
jj3=3*grid.icells；
kk1=1*grid.ijcells；
kk2=2*grid.ijcells；
kk3=3*grid.ijcells；
kstart=grid.kstart；
kend=grid.kend；
dxi=1./grid.dx；
dyi=1./grid.dy；
对于（int k=grid.kstart；k在大多数情况下，类声明中定义的函数是内联的，这就是性能降低的原因。显然，编译器使用关键字执行一些优化。为了从这些优化中受益，函数声明必须包含
restrict
关键字。Th是的，我不知道这是编译器的缺陷还是法律

代码：

//头
模板
结构Advec4Kernel
{
静态无效advecu（双*限制，双*限制，双*限制，双*限制，双*限制，常数网格&）；
}
听起来像是内联失败。您看过生成的代码了吗？当您分离它时，您是否将它标记为
内联
？在使用函数之前，使用函数的代码是否可以使用定义？请显示如何分离它们。
dim3
在这种情况下仍然是模板参数吗？我猜您的意思是定义的，而不是声明的…如果一个成员函数没有在类定义中声明，它也不能在其他任何地方声明。@Chiel可能也在声明中声明了
restrict
，就像在定义中一样？你确定这就是原因吗？它是一个如此巨大的函数。@NeilKirk这也是我所想的。这个问题一直困扰着我现在是时候了，我不想把实现放在类声明中。我可以删除模板，但这会导致大量代码重复。@Chiel当涉及模板时，我只是把它放在类定义中，因为这样比较容易。在这种情况下，bool标志不能仅仅是类成员吗？@Neil不，我不能不允许使用模板，因为内部循环中的if语句会完全破坏性能。@Chiel如果您想避免将函数模板体放在头中，并且模板参数的域受到限制（例如，只有2个值带有
bool
），您可以将定义保留在源文件中，并显式实例化它们。它不可能是真正的“法律”因为C++中的代码<限制>代码是编译器的扩展，不是标准的一部分。@我同意这个观点，但是，这解决了我在CLAN和英特尔C++编译器上的问题。我还是想知道。explanation@Chiel然后您必须查阅这些编译器的文档，特别是它们如何处理
restrict
扩展名。
// header
template<bool dim3>
struct Advec4Kernel
{
  static void advecu(double *, double *, double *, double *, double *, const Grid &);
}

// source
template<bool dim3>
void Advec4Kernel<dim3>::advecu(double * restrict ut, double * restrict u, double * restrict v, double * restrict w, double * restrict dzi4, const Grid &grid)
{
  //...
}

// header
template<bool dim3>
struct Advec4Kernel
{
  static void advecu(double *restrict, double *restrict, double *restrict, double *restrict, double *restrict, const Grid &);
}